KR20030000371A - Compensation method and Compensation apparatus of NC measure three-dimensional position error - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus for correcting a three-dimensional position error in a diagonal direction of an NC machine tool are provided to measure and correct a position error of the NC machine tool by means of a touch probe provided in a tool holder of the NC machine tool. CONSTITUTION: A base(1) is horizontally fixed. An inclined member(2) is coupled to one end of the base(1) through a hinge. An angle adjusting part(3) is provided to adjust an angle. A ball stick(4) is mounted on the angle adjusting part(3). A plurality of balls(41) are formed in the ball stick(4). The angle adjusting part(3) includes a rotating shaft(31) protruded from both sides of the base(1), an angle adjusting rotating shaft(32) provided from both sides of the inclined member(2), a vertical sliding member(33) vertically passing through the rotating shaft(31) and the angle adjusting rotating shaft(32). A fixing screw is provided in the angle adjusting rotating shaft(32) to fix the vertical sliding member(33).

Description

볼 막대를 이용한 엔씨공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정방법 및 장치{Compensation method and Compensation apparatus of NC measure three-dimensional position error}Compensation method and Compensation apparatus of NC measure three-dimensional position error in diagonal direction of NC machine tool using ball bar

본 발명은 볼 막대를 이용한 대각선 방향으로의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법 및 장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 대각선 방향으로 장착되는 단일의 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정한 후 이를 보정할 수 있는 볼 막대를 이용한 대각선 방향으로의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for correcting a three-dimensional position error of an NC machine tool in a diagonal direction using a ball bar, and more specifically, to a single ball rod mounted in a diagonal direction and a tool holder of an NC machine tool. The present invention relates to a method and apparatus for correcting a three-dimensional position error of a NC machine tool in a diagonal direction using a ball bar capable of quickly measuring a position error of a NC machine tool using a touch probe and then correcting it.

일반적으로 NC(Numerical Control) 공작기계라 함은, 각종 수단을 통해 입력되는 수치정보를 통해 기계를 구성하는 각종 수단을 자동제어(自動制御)하는 기계를 총징하는 것이다. 따라서, 본 발명의 NC 공작기계에 있어서, 공작물이 올려지는 테이블과 주축을 포함하는 각 이송축의 3차원 위치오차를 수시로 측정한 후, 이를 기준으로 하여 공작기계의 오차를 보정하는 방법과 장치에 관한 것이다.Generally, NC (Numerical Control) machine tool refers to a machine that automatically controls various means constituting a machine through numerical information input through various means. Therefore, in the NC machine tool of the present invention, after measuring the three-dimensional position error of each feed axis including the table and the main axis on which the workpiece is placed at any time, the method and apparatus for correcting the error of the machine tool based on this will be.

이에, NC 공작기계의 오차는 공간오차와 구조적인 오차로 나누어지는데, 구조적인 오차로는 각도 오차인 피치(pitch)오차와 흔들림 오차인 요(yaw)오차 및 롤링(rolling)오차 등이 있다.Accordingly, the error of the NC machine tool is divided into a spatial error and a structural error. The structural errors include a pitch error, which is an angular error, a yaw error, and a rolling error, which are a shake error.

따라서, 도 6은 공작기계의 각도오차에 따른 가공물의 영향 정도를 나타낸 것으로서, 각도 오차의 영향으로 인하여 테이블과 가까운 부분의 오차정도보다 상대적으로 테이블 보다 상대적으로 거리가 먼 부분의 오차정도가 커지게 되는 문제점을 가지고 있었다.Therefore, Figure 6 shows the degree of influence of the workpiece according to the angular error of the machine tool, due to the influence of the angular error so that the error degree of the part farther away from the table than the error degree of the portion close to the table becomes larger. Had problems.

이에 종래에는 상기와 같은 공간오차와 구조적인 오차들을 측정할 경우에는 각각의 오차를 부분적으로 측정하는 여러 종류의 장치가 필요한 문제점을 가지고 있었다.Therefore, when measuring the spatial error and structural errors as described above, there was a problem that several types of devices for measuring each error partially.

또한 상기한 오차를 동시에 측정할 수 있는 장비는, 레이져 측정기(Laser interferometer)가 알려져 있으나, 이를 사용할 경우에는 고가의 비용과 많은 시간이 낭비되는 문제점을 가지고 있었다.In addition, the equipment that can measure the above error at the same time, a laser interferometer (Laser interferometer) is known, but when using this had a problem of expensive cost and a lot of time wasted.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, NC 공작기계 테이블의 상부인 직육면체의 작업공간에서 사선방향인 대각선의 4가지 경우로 장착되는 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정한 후 이를 보정할 수 있는 NC공작기계의 3차원 위치오차 보정방법 및 장치를 제공함을 목적으로 한다.Therefore, the present invention was invented to solve the above problems, the ball rod is mounted in four cases of diagonal diagonal in the working space of the rectangular parallelepiped of the NC machine tool table and is mounted on the tool holder of the NC machine tool An object of the present invention is to provide a method and apparatus for correcting a three-dimensional position error of an NC machine tool, which can quickly measure and correct a position error of an NC machine tool using a touch probe.

이에 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일정한 각도로 조정되고 다수의 볼이 장착되어 있는 경사 볼 막대를 준비하여 각 볼을 1번부터 n번까지 설정하는 단계, 3차원 좌표측정기를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼 막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단계, NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 단계, NC 공작기계 테이블의 상에서 볼 바를 직육면체 상의 4가지 경우의 대각선 방향으로 순서적으로 장착하여 각 경우에서 각 볼의 중심값을 측정하는 단계, 상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체의 대각선 상으로 설정된 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터를 계산하는 단계, 상기 오차벡터(ep,eq,er)를 좌표 회전 각도를 사용하여 X,Y,Z 좌표로 변환하는 단계, 변환된 오차벡터(ex,ey,ez)를 이용하여 각도오차와 위치오차를 구하는 3차원 오차 설정하는 단계, 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계를 포함함을 특징으로 하는 보정방법을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention for achieving the above object, the step of setting each ball from 1 to n times by preparing an inclined ball bar that is adjusted to a certain angle and is equipped with a plurality of balls, through a three-dimensional coordinate measuring machine Measuring three-dimensional coordinates of the ball center of the ball bar to set three-dimensional standard coordinate data of the ball center of the ball bar, mounting a touch probe to a tool holder of the NC machine tool, and viewing the ball on the NC machine tool table. Mounting the bars in the diagonal direction of the four cases on the rectangular parallelepiped to measure the center value of each ball in each case; and from the measurement coordinates of the ball center measured on the rectangular parallelepiped based on the three-dimensional standard coordinates Computing the three-dimensional standard coordinate data set on the diagonal of the cuboid to calculate the error vector of each ball, coordinate rotation of the error vector (ep, eq, er) Converting the coordinates into X, Y, Z coordinates using an angle, setting a three-dimensional error to obtain an angle error and a position error using the converted error vector (ex, ey, ez), and converting the set three-dimensional error to NC And a machine tool correction step of correcting an error of the machine tool by inputting the controller of the machine tool.

또한 수평상태로 고정되는 베이스와, 이 베이스의 일단에 힌지를 통해 장착되어 있는 경사대와, 상기 베이스와 경사대의 양측에 장착되는 각도를 조정하는 각도조정부, 및 이 각도조정부에 장착되며 다수의 볼이 등간격으로 장착되어 있는 볼 막대로 구성되는 NC공작기계의 3차원 위치오차 보정장치를 특징으로 한다.In addition, the base is fixed in a horizontal state, the inclined stage is mounted to the end of the base via a hinge, the angle adjusting portion for adjusting the angle mounted on both sides of the base and the inclined stage, and the plurality of balls are mounted to this angle adjusting portion It features a three-dimensional position error correction device of the NC machine tool consisting of ball bars mounted at equal intervals.

도 1은 본 발명에 따른 보정방법이 적용되는 장치인 볼 막대를 나타낸 도면.1 is a view showing a ball bar that is a device to which the correction method according to the present invention is applied.

도 2는 본 발명에 따른 NC 공작기계 테이블의 X,Y평면상에서 볼 막대를 측정하는 단계를 나타낸 도면.Figure 2 is a view showing the step of measuring the ball bar on the X, Y plane of the NC machine tool table according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 직육면체 상에서의 3차원 오차측정을 위한 볼막대를 설정하는 단계를 나타낸 도면.3 is a view showing a step of setting a ball bar for three-dimensional error measurement on the rectangular parallelepiped according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 직육면체의 작업공간의 오차 벡터 측정값으로 각도오차인 요오차 및 피치오차(θ)를 구하는 단계를 나타낸 도면.4 is a view showing a step of obtaining a yaw error and a pitch error θ as an error vector measured value of a work space of a rectangular parallelepiped according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 직육면체의 작업공간의 오차 벡터 측정값으로 위치오차를 구하는 단계를 나타낸 도면.5 is a view showing a step of obtaining a position error with an error vector measurement value of a work space of a rectangular parallelepiped according to the present invention.

도 6은 공작기계의 각도오차에 따른 가공물의 영향 정도를 나타낸 도면.6 is a view showing the degree of influence of the workpiece according to the angle error of the machine tool.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 베이스1: Base

2 : 경사대2: ramp

3 : 각도조정부3: angle adjustment part

31 : 회전축31: rotating shaft

32 : 각도 조정회전축32: angle adjustment rotating shaft

321 : 고정스크류321: fixed screw

33 : 각도조정 미끄럼수직대33: angle adjusting sliding table

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 보정방법이 적용되는 장치인 경사 볼 막대를 나타낸 것으로서, 그 구성을 설명하면 다음과 같다.1 shows an inclined ball bar which is a device to which a correction method according to the present invention is applied, and its configuration will be described below.

수평 상태로 고정되는 베이스(1)와, 이 베이스(1)의 일단에 힌지를 통해 장착되어 있는 경사대(2)와, 상기 베이스(1)와 경사대(2)의 양측에 장착되는 각도를 조정하는 각도조정부(3), 및 이 각도조정부(3)에 장착되며 다수의 볼(41)이 등간격으로 장착되어 있는 볼 막대(4)로 구성된 것이다.A base 1 fixed in a horizontal state, an inclined table 2 mounted on one end of the base 1 via a hinge, and an angle mounted on both sides of the base 1 and the inclined table 2 are adjusted. It consists of the angle adjustment part 3 and the ball rod 4 attached to this angle adjustment part 3, and the several ball 41 is attached at equal intervals.

특히 상기 각도 조정부(3)는 상기 베이스(1)의 양측에서 돌출되는 회전축(31)과, 상기 경사대(2)의 양측에 돌출되어 있는 각도 조정회전축(32)과, 상기 회전축(31)과 각도 조정회전축(32)을 수직으로 관통하는 각도조정 미끄럼수직대(33)로 구성되는 것이다. 그리고 상기 조정회전축(32)에는 상기 각도조정 미끄럼수직대(33)를 고정하기 위한 고정스크류(321)가 장착되는 것이다.In particular, the angle adjuster 3 has a rotation shaft 31 protruding from both sides of the base 1, an angle adjustment rotation shaft 32 protruding from both sides of the ramp 2, and an angle with the rotation shaft 31. It is composed of an angle adjusting slide table 33 vertically penetrating the adjustment rotary shaft (32). In addition, the adjustment rotating shaft 32 is to be equipped with a fixing screw 321 for fixing the angle adjustment sliding vertical table (33).

따라서, 상기 각도 조정부(3)의 조정을 통해 상기 볼 막대(3)의 각도를 자유로이 조정하여 NC 공작기계의 작업공간과 상응되는 위치를 확보할 수 있는 것이다.Therefore, the angle of the ball bar 3 can be freely adjusted by adjusting the angle adjusting unit 3 to secure a position corresponding to the working space of the NC machine tool.

그리고 상기 볼 막대의 재질은, 열 변형을 최소화 할 수 있도록 열 변형이 적은 재질을 선택하는 것이 바람직하다.And the material of the ball bar, it is preferable to select a material with less thermal deformation so as to minimize the thermal deformation.

이하, 상기와 같이 구성된 볼 막대를 이용하여 NC 공작기계의 3차원 오차 보정방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the three-dimensional error correction method of the NC machine tool using the ball bar configured as described above is as follows.

먼저, 일측에 다수의 볼이 등간격으로 장착되어 있는 경사 볼 막대를 준비하여 각 볼을 1번부터 n번까지 설정하는 단계(도 1참조).First, preparing the inclined ball bar in which a plurality of balls are mounted at equal intervals on one side and setting each ball from 1 to n times (see FIG. 1).

그리고 상기 경사 볼 막대에 장착되어 있는 다수의 볼들을 3차원 좌표측정기를 통해 볼 중심의 3차원 좌표(p,q,r)를 측정하여 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이터를 설정한다(도 2참조).And three-dimensional standard coordinate data of the ball center is set by measuring the three-dimensional coordinates (p, q, r) of the ball center with a plurality of balls mounted on the inclined ball bar through a three-dimensional coordinate measuring machine (see FIG. 2). ).

다음 NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착한다(도시않됨).Then attach the touch probe to the tool holder of the NC machine tool (not shown).

그후 NC 공작기계 테이블의 상부인 직육면체의 공간에서 볼 막대를 사선방향인 대각선의 4가지 경우로 장착하여 각 경우에서 상기 터치 프로브를 통해 각 볼들의 좌표값을 측정한다(도 3참조).Then, in the space of the rectangular parallelepiped, which is the upper part of the NC machine tool table, the ball bar is mounted in four cases of diagonal diagonal lines, and in each case, coordinate values of the balls are measured through the touch probe (see FIG. 3).

다음 상기 직육면체의 사선방향인 대각선 방향으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체의 대각선상으로 설정된 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터(ep,eq,er)를 계산한다(도 3참조).Next, the error vector (ep, eq) of each ball is subtracted from the measurement coordinates of the ball center measured in the diagonal direction, the diagonal direction of the rectangular parallelepiped, based on the three-dimensional standard coordinates. er) (see FIG. 3).

그후 상기 오차벡터를 좌표 회전 각도를 사용하여 X,Y,Z 좌표로 변환한다.The error vector is then converted to X, Y, Z coordinates using the coordinate rotation angle.

즉 상술한 바와 같은 오차 벡터를 X,Y,Z 좌표로 수정할 경우에는,That is, when the error vector described above is modified to the X, Y, and Z coordinates,

, ,

의 식이 적용된다(도 3참조).(단, 상기 n은 볼의 번호를 말하는 것이다)The equation is applied (see Fig. 3) (where n is the number of balls).

다음 상기와 같은 식을 통해 변환된 오차벡터를 이용하여 각도오차와 위치오차를 구하는 3차원 오차 설정한 후, 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 것이다.Next, after setting the three-dimensional error to obtain the angle error and the position error by using the error vector transformed through the above equation, the error of the machine tool is corrected by inputting the set three-dimensional error to the controller of the NC machine tool. .

한편, 도 4에 도시된 바와같이, 상기 직사각형 형상의 3차원 공간에서 X,Y,Z좌표로 변환된 오차벡터(ex,ey,ez)를 이용하여 각도오차 및 위치오차를 구할 수 있는 것이다.On the other hand, as shown in Figure 4, it is possible to obtain the angular error and position error using the error vectors (ex, ey, ez) converted to the X, Y, Z coordinate in the rectangular three-dimensional space.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, NC 공작기계의 각도오차 보상값은 각 축의 위치 오차값으로 사용할 수 있는 것이다.In addition, as shown in Figure 5, the angular error compensation value of the NC machine tool can be used as the position error value of each axis.

상술한 바와 같은 본 발명은, 대각선 방향으로 장착되는 단일의 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정한 후 이를 보정할 수 있는 효과를 가지는 것이다.The present invention as described above, by using a single ball rod mounted in the diagonal direction and the touch probe mounted on the tool holder of the NC machine tool, it is possible to quickly measure the position error of the NC machine tool and then correct the effect. It is.

Claims (6)

일정한 각도로 조정되고 다수의 볼이 장착되어 있는 경사 볼 막대를 준비하여 각 볼을 1번부터 n번까지 설정하는 단계;Preparing an inclined ball bar adjusted at a constant angle and equipped with a plurality of balls and setting each ball from 1 to n times; 3차원 좌표측정기를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼 막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단계;Setting three-dimensional standard coordinate data of the ball center of the ball bar by measuring a three-dimensional coordinate of the ball center of the ball bar through a three-dimensional coordinate measuring machine; NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 단계;Mounting a touch probe on a tool holder of the NC machine tool; NC 공작기계 테이블의 상에서 볼 바를 직육면체 상의 4가지 경우의 대각선 방향으로 순서적으로 장착하여 각 경우에서 각 볼의 중심값을 측정하는 단계;Mounting the ball bars on the NC machine tool table sequentially in the diagonal directions of four cases on a cuboid to measure the center value of each ball in each case; 상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체의 대각선 상으로 설정된 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터를 계산하는 단계;Calculating an error vector of each ball by subtracting three-dimensional standard coordinate data set on a diagonal of a virtual rectangular parallelepiped based on the three-dimensional standard coordinates from the measured coordinates of the ball center measured on the rectangular parallelepiped; 상기 오차벡터(ep,eq,er)를 좌표 회전 각도를 사용하여 X,Y,Z 좌표로 변환하는 단계;Converting the error vector (ep, eq, er) into X, Y, Z coordinates using a coordinate rotation angle; 변환된 오차벡터(ex,ey,ez)를 이용하여 각도오차와 위치오차를 구하는 3차원 오차 설정하는 단계;Setting a three-dimensional error for obtaining an angular error and a position error using the converted error vectors ex, ey and ez; 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계를 포함함을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 NC공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정방법.Method for correcting the three-dimensional position error in the diagonal direction of the NC machine tool using a ball bar comprising the step of correcting the error of the machine tool by inputting the set three-dimensional error to the control unit of the NC machine tool . 제 1항에 있어서, 상기 오차벡터(ep,eq,er)를 X,Y,Z 좌표로 수정할 경우에는,The method of claim 1, wherein when the error vector (ep, eq, er) is modified to X, Y, Z coordinates, , , 의 식이 적용(단, 상기 식에서 n은 볼의 번호)됨을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 NC공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정방법.The equation of (where n is the number of the ball) is applied to the three-dimensional position error correction method in the diagonal direction of the NC machine tool using a ball bar. 제 1항에 있어서, 상기 직사각형 형상의 3차원 공간에서 X,Y,Z좌표로 변환된 오차벡터(ex,ey,ez)를 이용하여 각도오차 및 위치오차를 구함을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 NC공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정방법.The method of claim 1, wherein an angle error and a position error are obtained by using an error vector (ex, ey, ez) converted into X, Y, and Z coordinates in the rectangular three-dimensional space. A three-dimensional position error correction method in the diagonal direction of NC machine tools. 제 1항에 있어서, NC 공작기계의 각도오차 보상값을 이용하여 각 축의 위치오차값을 얻음을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 NC공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정방법.The method of claim 1, wherein the position error value of each axis is obtained by using an angle error compensation value of the NC machine tool. 수평상태로 고정되는 베이스(1)와, 이 베이스(1)의 일단에 힌지를 통해 장착되어 있는 경사대(2)와, 상기 베이스(1)와 경사대(2)의 양측에 장착되는 각도를 조정하는 각도조정부(3), 및 이 각도조정부(3)에 장착되며 다수의 볼(41)이 등간격으로 장착되어 있는 볼 막대(4)로 구성됨을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 NC공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정장치.A base 1 fixed in a horizontal state, an inclined platform 2 mounted on one end of the base 1 via a hinge, and an angle mounted on both sides of the base 1 and the inclined table 2 are adjusted. Diagonal direction of the NC machine tool using a ball bar, characterized by consisting of an angle adjusting section 3, and a ball bar (4) mounted on the angle adjusting section (3) and a plurality of balls (41) are mounted at equal intervals. 3D position error correction device. 제 5항에 있어서, 상기 각도 조정부(3)는 상기 베이스(1)의 양측에서 돌출되는 회전축(31)과, 상기 경사대(2)의 양측에 돌출되어 있는 각도 조정회전축(32)과, 상기 회전축(31)과 각도 조정회전축(32)을 수직으로 관통하는 각도조정 미끄럼수직대(33)로 구성되며, 상기 조정회전축(32)에는 상기 각도조정 미끄럼수직대(33)를 고정하기 위한 고정스크류(321)가 장착됨을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 NC공작기계의 대각선 방향으로의 3차원 위치오차 보정장치.6. The angle adjusting unit (3) according to claim 5, wherein the angle adjusting unit (3) includes a rotating shaft (31) protruding from both sides of the base (1), an angle adjusting rotating shaft (32) protruding from both sides of the inclined table (2), and the rotating shaft. (31) and the angle adjustment sliding shaft 33 vertically penetrating the angle adjustment rotary shaft 32, the adjustment rotating shaft 32 is fixed screw for fixing the angle adjustment sliding platform 33 ( 3D position error correction device for the diagonal direction of the NC machine tool using a ball bar, characterized in that the mounting.
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